XMM-Newton, ein von der Europäischen Weltraumorganisation und der NASA betriebenes Weltraumteleskop, hat ein riesiges kosmisches „Kleeblatt“ abgebildet, um seinen mysteriösen Ursprung aufzudecken.
Das Kleeblatt ist ein Beispiel für einen „Weird Radio Circle“ oder ORC. Bei diesen Objekten handelt es sich um seltsame Blasen aus Radiolicht, die so groß sind, dass sie tausendmal so breit sein können wie die Milchstraße und eine ganze Galaxie umfassen – manchmal auch mehrere.
ORCs wurden 2019 entdeckt, als der Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) den treffend benannten ORC-1 entdeckte. Seitdem sind Funkuntersuchungen des Kosmos empfindlich genug geworden, um sieben weitere ORCs zu entdecken, darunter das Kleeblatt, das Gegenstand der Beobachtungen von XMM-Newton ist.
Die für die Schaffung einer solchen Struktur erforderliche Energie ist immens, was Astronomen dazu veranlasst, darüber nachzudenken, welche Ereignisse heftig genug sein könnten, um ORCs zu erzeugen. Mithilfe von XMM-Newton-Beobachtungen glauben Forscher, dass das Entstehungsereignis von Cloverleaf eine Kollision zwischen zwei Galaxiengruppen war.
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„Dies ist das erste Mal, dass jemand eine Röntgenemission im Zusammenhang mit einem ORC gesehen hat“, sagte Esra Bulbul, Leiterin des Untersuchungsteams und Astrophysikerin am Max-Planck-Institut für Physik, in einer Pressemitteilung. „Es war der fehlende Schlüssel, um das Geheimnis von Cloverleafs Entstehung zu lüften.“
So röntgen Sie einen ORC
Eine Vielzahl von Computersimulationen haben versucht, die Entstehung von ORCs zu rekonstruieren und konnten die Formen dieser seltsamen Formationen nachbilden. Doch keiner hat die Intensität der umfassenden Radiosendungen wiederhergestellt, die einen ORC ausmachen.
Bulbul erkannte jedoch, dass ORCs noch nie zuvor im Röntgenlicht untersucht worden waren. Der Wissenschaftler glaubte, dass eine solche Studie das fehlende Puzzleteil sein könnte. Gemeinsam mit Xiaoyuan Zhang, Postdoktorandin am Max-Planck-Institut, analysierte sie Daten des Extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array (eROSITA) auf der Suche nach solchen ORC-bedingten Emissionen.
Das Duo fand Daten zur Röntgenemission schien zur Verknüpfung mit dem ORC Cloverleaf, gesammelt für nur 7 Minuten eROSITA-Beobachtungszeit. Obwohl es sich hierbei um eine winzige Datenmenge handelte, reichte sie aus, um Bulbul zu veranlassen, ein größeres Team zusammenzustellen und mit XMM-Newton fünfeinhalb Stunden Teleskopzeit zu erhalten.
„Wir hatten wirklich Glück“, sagte Zhang in der Pressemitteilung. „Wir haben in den eROSITA-Beobachtungen mehrere plausible Röntgenpunktquellen in der Nähe des ORC gesehen, aber nicht die ausgedehnte Emission, die wir mit XMM-Newton gesehen haben. Es stellt sich heraus, dass die eROSITA-Quellen nicht von Cloverleaf stammen konnten, aber sie waren überzeugend genug, um sie zu bekommen.“ uns, einen genaueren Blick darauf zu werfen.
Ein Zusammenstoß zwischen Galaxien
Die von XMM-Newton beobachtete Cloverleaf-Röntgenemission zeigt die Gasverteilung innerhalb einer Gruppe von Galaxien, die im ORC eingebettet sind. Es ist ein bisschen wie ein Kreideumriss an einem Tatort.
Durch die Beobachtung, wie dieses Gas zerrissen wurde, konnte das Team erkennen, dass die Galaxien in Cloverleaf einst Teil zweier separater Gruppen waren, die zusammenkamen, kollidierten und verschmolzen.
Die Röntgenemission enthüllte auch die Temperatur des Gases in der Region und bezifferte sie auf etwa 15 Millionen Grad Fahrenheit (8,3 Millionen Grad Celsius). Je größer die Massen der Galaxien sind, die an solchen Galaxienstapeln beteiligt sind, desto größer ist der gravitative Einfluss der Verschmelzung und desto schneller wird das Gas mitgerissen. All dies wiederum erhöht die Temperatur des einströmenden Gases, also die Temperatur. Dieses Material kann Wissenschaftlern eine Vorstellung davon geben, wie viele Galaxien an der Fusion beteiligt waren. Man müsste einfach rückwärts arbeiten.
„Diese Messung lässt uns schlussfolgern, dass der Cloverleaf ORC von einem Dutzend Galaxien beherbergt ist, die sich gegenseitig anziehen, was mit dem übereinstimmt, was wir auf Bildern im tiefen sichtbaren Licht sehen“, sagte Zhang.
Was die Radioemissionen des ORC betrifft, vermutet das Team, dass sie von Partikeln erzeugt wurden, die durch Stoßwellen beschleunigt wurden, die aus den Galaxien austraten, als sie zusammenstießen.
Ein Problem mit dem Vorschlag des Teams besteht darin, dass Verschmelzungen von Galaxiengruppen häufig vorkommen, ORCs hingegen selten. Das bedeutet, dass noch nicht mit Sicherheit bekannt ist, wie diese bestimmte Galaxiengruppe auseinanderbrach und das Kleeblatt entstand, während ähnliche Ereignisse nicht zur Entstehung solcher ORCs geführt haben.
„Galaxien interagieren und verschmelzen ständig“, sagte Kim Weaver, Wissenschaftlerin des XMM-Newton-Projekts der NASA am Goddard Space Flight Center der NASA, die nicht an der Studie beteiligt war, in der Pressemitteilung. „Aber die Quelle der beschleunigten Teilchen ist unklar.“
Sie fügte hinzu, dass eine weitere Möglichkeit für das starke Radiosignal die supermassiven Schwarzen Löcher sein könnten, die im Herzen jeder der kollidierenden Galaxien liegen. Diese Schwarzen Löcher könnten in der Vergangenheit Phasen extremer Nahrungsaufnahme und extremer Aktivität erlebt haben. Reliktelektronen dieser uralten Aktivität könnten erhalten bleiben und durch die Verschmelzung von Galaxiengruppen, die intensive Radioemissionen erzeugen, wieder beschleunigt werden.
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Das Rätsel um das Kleeblatt mag gelöst sein, doch die Ergebnisse werfen weitere Fragen zu diesen riesigen Radiosendungen auf. Das Team wird diesen ORC weiter untersuchen, um diese Fragen zu beantworten.
„Fusionen sind das Rückgrat der Strukturbildung, aber dieses System hat etwas Besonderes, das Radiosendungen explodieren lässt“, sagte Bulbul. „Wir können noch nicht sagen, was es ist, deshalb brauchen wir mehr und tiefergehende Daten sowohl von Radioteleskopen als auch von Röntgenteleskopen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag (30. April) in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics Letters veröffentlicht.